Volumen 14 (2014)
ISSN 1684-1662 (Versión impresa)
Director Ejecutivo: Carlos Enrique Gayoso Caballero
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Instituto Peruano de Energía Nuclear
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Los trabajos publicados en el Informe Científico Tecnológico han sido desarrollados en el IPEN; en algunos casos, en colaboración con especialistas de otras instituciones nacionales y extranjeras. Los editores señalan explícitamente que el contenido, método y resultados expuestos son de exclusiva responsabilidad de los autores.
Los artículos originales, notas técnicas y casos estudio publicados en el Informe Científico Tecnológico están indizadas en: INIS Database del International Atomic Energy Agency.
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Impreso en Lima - Perú Mayo 2016
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El Informe Científico Tecnológico –ICT– del Instituto Peruano de Energía Nuclear es una publicación, cuyo contenido está principalmente relacionada con el área nuclear, sin embargo está abierta a todos los campos de la investigación. Se edita anualmente en forma ininterrumpida desde el año 1998 y constituye un medio eficaz para preservar, transmitir y dar visibilidad a la producción científica institucional, constituyendo un importante soporte de la gestión del conocimiento para los investigadores del IPEN y de otras entidades nacionales e internacionales.
El IPEN cuenta con instalaciones científico tecnológicas, entre las que se incluyen dos reactores nucleares de investigación, denominados RP-0 y RP-10; una Planta de Producción de Radioisótopos y Radiofármacos; una Planta de Gestión de Residuos Radiactivos; Laboratorios de Ciencias para Análisis por Activación Neutrónica, Caracterización de Materiales, Instrumentación Nuclear, Facilidades de Neutrografía y Biología; el Laboratorio Secundario de Calibraciones Dosimétricas, el Laboratorio de Radiometría Ambiental, entre otros, en los cuales estudiantes de universidades nacionales y extranjeras tienen la oportunidad de realizar trabajos de investigación y desarrollo que coadyuven a la solución de problemas que la sociedad demanda.
El esfuerzo dedicado para lograr los objetivos institucionales ha permitido avances importantes en la producción científica, la modernización de las instalaciones, la identificación y el fortalecimiento de líneas de investigación y desarrollo, la captación y formación de recursos humanos calificados y evidentemente la difusión, gestión y preservación del conocimiento científico logrado en las últimas décadas.
En esta nueva edición del ICT, el Comité Editorial ha sometido a un proceso de arbitraje los artículos originales, notas técnicas y casos estudio, con la finalidad de mejorar la calidad de nuestra publicación. Presentamos temas tan importantes como el uso de técnicas analíticas nucleares para la caracterización elemental y radiactiva de productos agrícolas nativos y especies marinas; así como la evaluación de la concentración de radón en espacios interiores. En el campo del uso de la tecnología nuclear, en esta edición, se exponen diversos trabajos sobre el daño genómico debido a la radiación; estudios de hidrodinámica en agua subterránea; estudios para mejorar los procesos de producción de radioisótopos y radiofármacos; así como la optimización en el funcionamiento del reactor RP-10. En el campo de la medicina se detallan estudios sobre el riesgo debido a la exposición radiológica ocupacional y hallazgos en gammagrafía ósea en pacientes con cáncer de mama.
Queremos resaltar que el apoyo de la cooperación nacional e internacional es fundamental para realizar los trabajos de investigación, desarrollo e innovación en nuestra Institución;
así como la participación de estudiantes universitarios a través de visitas científicas y prácticas pre-profesionales; estancias y pasantías de graduados y profesionales.
En esta oportunidad, invitamos a la comunidad científica para realizar de manera conjunta trabajos de alto impacto socioeconómico, contribuyendo eficazmente al desarrollo de nuestro país.
Concluyo agradeciendo a todos los autores que han aportado con sus trabajos para mostrar la producción intelectual del Instituto Peruano de Energía Nuclear.
Susana Petrick Casagrande
Página 1. Caracterización elemental en granos de quinua (Chenopodium quinoa Willd.)
mediante la técnica de fluorescencia de rayos X 1 Paula Olivera, Diego Nieto
2. Irradiación ex vivo de sangre humana para determinar daño genómico utilizando
técnicas moleculares 7
Angel Montes, Juan Agapito
3. Coulomb and even-odd effects in cold and super-asymmetric fragmentation for
thermal neutron induced fission of 235U 13
Modesto Montoya
4. Validación del proceso de esterilización con calor húmedo para radiofármacos y
materiales 19
Anita Robles, Mariel Moore, Mario Morote, Buenaventura Guevara, Delcy Castro, Wilson Paragulla, Ramos Martínez, Elías Ocaña, Carlos Novoa
5. Obtención de 64Cu en un reactor nuclear a partir de una matriz de zinc:
Experimentos preliminares 25
Andrea Aguirre, Patricia Bedregal, Eduardo Montoya, Marcos Cohen
6. Determinación del voltaje de trabajo de las cadenas de arranque de los reactores
nucleares RP-0 y RP-10 31
Agustín Zúñiga, Emilio Veramendi, Alberto Salazar
7. Niveles de radiactividad en merluza peruana Merluccius gayi peruanus (Guitchenot) 39 José Osores
8. Evaluación cualitativa de la degradación de ADN en insectos plaga expuestos a
radiación gamma 43
Yuriko Ortega, Johnny Vargas, Mónica Vivanco, Norberta Martínez, Juan Agapito 9. Estudio de la hidrodinámica de aguas subterráneas del sistema cárstico de Laraos
y Alis, cuenca alta del río Cañete, mediante isótopos ambientales 51 Jacinto Valencia, Enoc Mamani, José Magiña
10.Determinación de la potencia de decaimiento para un núcleo de diseño de U3O8 55 usando ORIGEN 2.1
José Castro, Alberto Gallardo, Marcelo Madariaga
11.Propuesta para la clasificación de los espacios interiores cerrados por su
concentración de 222Rn y las posibles dosis involucradas 63 Marco Espinoza, Kety León, Jorge Martínez
12.Espectrometría Raman con componentes ópticos simples 71
13. Diseño e implementación de un módulo portátil para el traslado y disolución de
99Mo aplicado al empleo de un generador de 99mTc 75 Yon López, Rafael Urquizo, Pablo Mendoza, Jorge Rojas
14. Determinación del exceso de reactividad de una configuración nuclear y su 81 influencia del nivel de potencia
Agustín Zúñiga, José Tapia
15. Determinación del inventario radiactivo de un elemento combustible en un núcleo de 89 diseño de U3O8 mediante el código ORIGEN 2.1
José Castro, Braulio Ticona, Marcelo Madariaga
16. Validación del método de limpieza y sanitización para recintos de producción de
radiofármacos 97
Anita Robles, Mario Morote, Mariel Moore, Delcy Castro, Wilson Paragulla, Carlos Novoa, Manuel Otero, Jesús Miranda, Jorge Herrera, Luis Gonzáles
17. Efecto de la posición relativa de las barras de control en la calibración en potencia 105 de las cadenas de marcha del reactor nuclear RP-10
Agustín Zúñiga, Rolando Arrieta
18. Parámetros efectivos y dispersión de la neutrografía en el reactor RP-10: Estudio
preliminar 115
Alcides López, Santiago Ticona
19. Estandarización de un protocolo de extracción de ADN en pieles del Pecari de
collar silvestre (Pecari tajacu Linnaeus 1758) 123 Martha Rengifo, Jorge Rodríguez, Juan Agapito, José Espinoza
20. Análisis preliminar de tierras raras en el conocimiento de la metalogenia del uranio en el granito de San Ramón-La Merced, Junín 129 Jacinto Valencia
21. Desarrollo de un dispositivo de medición usando un Geiger Müller para la
determinación de actividad en un prototipo de generador de 99mTc 133 Rafael Urquizo, Javier Gago, César Cruz-Saco, Jorge Rojas, Pablo Mendoza
22. Diseño e implementación de un módulo para el control automático de volúmenes
en un equipo generador de 99mTc 137
Yon López, Rafael Urquizo, Javier Gago, Pablo Mendoza
23. Producción de 99Mo utilizando pastillas de MoO3 obtenidas por compresión
mecánica y tratadas térmicamente 145
Jorge Rojas, Pablo Mendoza, Alcides López
24. Diseño y construcción de un prototipo de intercambiador para la automatización de la técnica de análisis por activación neutrónica 153 Javier Gago, Yon López, Yuri Hernández, Oscar Baltuano, Rafael Urquizo, Patricia Bedregal
25. Desarrollo de un sistema de vigilancia remota, por medio del monitoreo de
parámetros claves de seguridad, para un reactor nuclear de investigación 161 Agustín Urcia, Oscar Baltuano, Renzo Chan, Jean Pierre Tincopa, Rolando Arrieta, Rafael Urquizo, Bernick Rosas
26. Diseño de un intercambiador de muestras automático para la medición de flujo
de neutrones mediante espectrometría gamma 167
Javier Gago, Killian Descreaux, Rubén Bruna, Oscar Baltuano, Eduardo Montoya
27. Verificación de la carga microbiana en los “Culti-Loops” 173 Mario Morote, Lourdes Zegarra, Carla Bernal
29.Participación del IPEN en el programa internacional de información sobre
exposición ocupacional de riesgos cancerígenos (CAREX-Perú) 187 José Osores, Susana Gonzáles
30.Hallazgos en la gammagrafía ósea en pacientes con cáncer de mama sometidas
a mastectomía y reconstrucción mamaria con colgajo miocutáneo del músculo 193 recto anterior del abdomen (TRAM flap): Reporte de casos
Rosanna Morales, Ricardo Delgado, Roque Cano, Carlos Munive
31.Marcación del péptido DOTA-TATE con Lutecio 177: Estudio preliminar 197 Eleazar Aliaga, Anita Robles, Bertha Ramos, Flor Martínez
32.Calificación de un recinto de producción y envasado de pertecnetato de sodio Tc 99m
Luis Cavero, Anita Robles, Jesús Miranda, Ramos Martínez, Wilson Paragulla, Mariel Moore, 201 Jorge Herrera, Elías Ocaña, Arturo Portilla, Manuel Otero, Carlos Novoa, Roberto Koga
33.La seguridad física en el transporte de materiales radiactivos en el Perú 209 Mario Mallaupoma
IPEN Informe Científico Tecnológico. Volumen 14 (2014). p. 1-5. ISSN 1684-1662
Caracterización elemental en granos de quinua (Chenopodium quinoa Willd.) mediante la técnica de fluorescencia de rayos X
Paula Olivera de Lescano1,*, Diego Nieto Aco2
1 Dirección de Investigación y Desarrollo, Instituto Peruano de Energía Nuclear, Av. Canadá 1470, Lima 41, Perú
2 E. P. A. de Química, Facultad de Ciencias, Universidad Nacional de Ingeniería, Av. Túpac Amaru 210, Rímac, Lima 25, Perú
Resumen
Con el objeto de caracterizar, mediante la técnica de fluorescencia de rayos X de energía dispersiva, los granos de quinua de consumo humano se analizaron 8 muestras de distintas marcas comerciales de quinua, que son distribuidas en el mercado local; las muestras se analizaron junto con un material referencia certificado por el Organismo Internacional de Energía Atómica (OIEA). Los resultados obtenidos muestran la presencia de elementos como K, Ca, Mn, Fe, Cu, Zn, Rb y Sr, los mismos que se comparan con datos reportados en diversos estudios realizados en países vecinos como Ecuador, Chile y Bolivia.
Palabras Claves: Chenopodiumquinoa, Caracterización elemental, Fluorescencia de Rayos X
Elemental Characterization of minerals in Chenopodium quinoa grains by the X-ray fluorescence technique
Abstract
In order to characterize by the technique of X-ray fluorescence energy dispersive quinoa grain for human consumption, 8 samples of different trademarks of quinoa, which are distributed in the local market were analyzed; together one reference materials certified by the International Atomic Energy Agency (IAEA) was analyzed. The results show the presence of elements such as K, Ca, Mn, Fe, Cu, Zn, Rb and Sr, the same as compared to data reported in various studies in neighboring countries like Ecuador, Chile and Bolivia.
Keywords: Chenopodium quinoa, elemental characterization, X-ray fluorescence
1. Introducción
Los granos de quinua son altamente nutritivos debido a la calidad de sus proteínas y lípidos y la gran variedad de minerales y las vitaminas que almacenan [1].
La quinua (Chenopodium quinoa Willd.) es un pseudo cereal que se cultivó en forma tradicional en el área andina desde la época incaica. Fue ampliamente usada en la alimentación de los pueblos antiguos de Sudamérica como uno de los alimentos básicos. Recientemente ha surgido un gran interés por la quinua debido al reconocimiento de su potencial agrícola y nutritivo. Aunque la quinua supera a los cereales más importantes en algunos nutrientes, es más notable en el contenido y calidad de sus proteínas (respecto al contenido de aminoácidos esenciales). El verdadero valor de la quinua no es como un reemplazo de algunos alimentos, sino más
bien como un complemento de ellos para que alcance un valor nutritivo alto [2].
Los granos de quinua también son ricos en nutrientes minerales. Estudios previos [3] han resumido que los contenidos de K, Ca, Mg, P, S, Fe y Zn en los granos de quinua son mucho más altos que en otros cereales como el arroz o el trigo.
De acuerdo con la Norma Técnica Peruana [4] sobre los requisitos que debe reunir los granos de quinua para su comercialización, los granos de quinua deben estar exentos de metales pesados (Hg, As, Cd, etc.) en cantidades que puedan representar un peligro para la salud humana [5].*
La técnica de análisis por fluorescencia de rayos X ha demostrado ser un excelente método analítico, para determinar la composición química elemental de diversos
*Correspondencia autor: [email protected]
materiales, porque es una técnica directa y no destructiva que permite las determinaciones multielementales [6] garantizando la no perdida de los elementos presentes al no ser muy manipulado en la preparación de las muestras.
2. Procedimiento Experimental
2.1 Selección y preparación de muestras
Se analizó 8 muestras de las marcas de quinua de mayor distribución en el mercado local, los mismos que se expende embolsados y debidamente sellados. También se analizó una muestra de quinua no envasada (a granel, quinua sin marca). Para efectos de este estudio las muestras fueron identificadas por las letras iniciales de cada marca de quinua.
Junto a nuestras muestras se utilizó un material de referencia certificado por el Organismo Internacional de Energía Atómica (OIEA) para determinar el error relativo a los resultados. Se dispuso aproximadamente unos 20 g de granos de quinua por muestra sobre una luna de reloj que luego se dejó secar a 50 °C por 24 horas. Luego, las muestras fueron pulverizadas utilizando un mortero de ágata. Cada una de las muestras fue colocada en una matriz de 25 mm de diámetro donde se realizó el pastillado utilizando una prensa hidráulica a una presión de 10 t por 2 minutos, para obtener pastillas de aproximadamente 1g por triplicado.
2.2 Irradiación y medición de rayos X
Las pastillas fueron analizadas tanto en un sistema modular de análisis por Fluorescencia de Rayos X cuya fuente de excitación es unafuente anular de Cd-109, como en un sistema cerrado de espectrometría de Fluorescencia de Rayos X con blancos secundarios y un tubo de rayos X cuyo ánodo es de Gadolinio, Modelo EPSILON 5; ambos sistemas tienen un detector semiconductor de Si(Li) de 167 eV y 140 eV de resolución para 5.89 KeV de energía, respectivamente. Para la toma de datos se utilizó sendos analizadores multicanales.
2.3. Evaluación de espectros y determinación cuantitativa
La evaluación de los espectros, la deter- minación cualitativa de elementos y los cálculos cuantitativos en el equipo modular fue realizada mediante el método de sensibilidad elemental, utilizando el Quantitative X Ray Analysis Software – QXAS, software promovido por el Organismo Internacional de Energía Atómica (OIEA) y un software comercial en el caso del sistema cerrado.
3. Resultados y Discusión
Se utilizó como material de referencia el Natural Grass Mixture (PTXRFIAEA 06). La concentración obtenida para cada elemento de este material se muestra en la Tabla 1. Las concentraciones obtenidas en el material analizado, tanto en el sistema modular de espectrometría de rayos X como en el sistema cerrado, son consistentes con los valores certificados, obteniendo un error relativo (ER) entre 0.3 % y 10 % para los elementos determinados.
Tabla 1. Concentración de los elementos medidos y la concentración certificada para el material de Referencia PTXRFIAEA 06 Grass Mixture.
Elemento
Valores Certificados Valores Experimental Error Relativo
(%) Conc.(mg/kg) Desv. Std.
(mg/kg)
Conc.(mg/kg) Desv. Std.
(mg/kg)
K 37769 1237 36819 369 6.6
Ca 5411 237 5922 450 9.4
Mn 81.5 6.7 81.7 1.7 0.3
Fe 497 31 512 36.4 3.0
Cu 14.7 1.57 14.1 0.43 -3.9
Zn 82.1 3.4 82.9 1.9 1.0
Rb 6.3 0.8 5.7 0.6 9.5
Sr 7.9 0.9 8.33 0.8 5.4
IPEN Informe Científico Tecnológico. Volumen 14 (2014). p. 1-5. ISSN 1684-1662
La concentración de los elementos, como potasio (K), calcio (Ca), Manganeso (Mn), hierro (Fe), cobre (Cu), Zinc (Zn), rubidio (Rb) y estroncio (Sr) en cada una de las muestras irradiadas se muestran en la Tabla 2.
En la Figura 1 se muestra un típico espectro de fluorescencia de rayos X de una de las muestras de quinua, en donde se aprecia las líneas características de los elementos K, Ca, Mn, Fe, Cu, Zn, Rb y Sr.
Los resultados muestran al K como el metal que se encuentra en mayor cantidad en las semillas de quinua, llegando en algunos casos a formar parte del 1% en masa, esto puede observarse para el caso de la quinua a granel (QG) y la quinua de marca TC. Para las demás muestras de quinua, el contenido de K es menor al 1 %; sin embargo, se mantiene en valores entre 0.6 % y 0.8 % como reportan Palombini et al. (2013), Ruales & Baboo M.
Nair. (1993), y Konishi et al. (2004).
Tabla 2. Concentración de elementos determinados en cada una de las muestras analizadas. (*: % en masa).
Muestra Composición elemental (mg/kg)
K* Ca Mn Fe Cu Zn Rb Sr
QG 1.03 ± 0.08 1157 ± 95 94.6 ± 1.3 126 ± 9 12.2 ± 0.8 21.2 ± 3.6 21 ± 2 1 ± 0.1 CO 0.55 ± 0.04 1006 ± 100 97.1 ± 0. 123 ± 9 8.2 ± 0.7 4.3 ± 0.4 17 ± 1 5 ± 0.7 IS 0.73 ± 0.08 524 ± 126 95.2 ± 1.1 125 ± 10 9.8 ± 0.2 22.0 ± 6.3 11 ± 1 2 ± 0.3 ME 0.71 ± 0.09 867 ± 206 95.2 ± 0.5 122 ± 10 9.1 ± 0.3 14.3 ± 2.7 10 ± 1 2 ± 0.5 Mx 0.61 ± 0.06 1463 ± 186 95.1 ± 0.8 135 ± 10 10.6 ± 0.2 21.3 ± 3.4 10 ± 1 4± 0.4 PS 0.67 ± 0.05 1228 ± 121 96.0 ± 0.7 140 ± 10 7.9 ± 0.1 11.2 ± 3.7 10 ± 1 6 ± 0.4 SR 0.78 ± 0.06 1108 ± 92 95.5 ± 0.6 139 ± 10 10.4 ± 0.2 17.6 ± 3.4 18 ± 1 3 ± 0.2 TC 1.19 ± 0.08 922 ± 113 97.62 ± 0.2 148 ± 10 10.2 ± 0.3 61.1 ± 4.9 20 ± 1 1 ± 0.2 WN 0.68 ± 0.08 829 ± 131 94.6 ± 0.8 111 ± 9 5.3 ± 1.1 No detectado 11 ± 1 3 ± 0.3
Figura 1. Espectro de una muestra SR obtenida mediante la técnica de Fluorescencia de Rayos X de fuente radiactiva de Cd-109.
Todos los valores de Ca y Fe encontrados en las muestras analizadas mediante la técnica de fluorescencia de rayos X, son ligeramente mayores a los reportados para la variedad de quinua peruana Blanca de Junín por Bravo et al. [7] determinados mediante la técnica de espectroscopia de absorción atómica.
También encontramos al Ca como segundo mineral más abundante; sin embargo; para
cada muestra de quinua el contenido es variable (entre 600 y 1200 mg/kg). Estos valores son similares a los hallados en diversas variedades de quinua chilena por Miranda et al. [8]. Mientras que en una variedad de quinua boliviana se encontró unos 1213 ± 52 mg/kg de Ca [9] lo cual es un valor cercano a cuatro de las muestras analizadas (Mx, PS, SR, QG, CO).
Estudios realizados en variedades de quinua ecuatoriana [10] muestran resultados muy similares para los contenidos de K (cerca al 1.2 %), Ca (874 mg/kg) y Mn (33 mg/kg), pero también presentan otros metales pesados a nivel traza como Cd, Hg, Se. Mientras que el análisis realizado en variedades de quinua y amaranto brasileras [11] muestra también valores de K (0.9 %), Ca (108.4 mg/kg) y Mn (34.1 mg/kg) en concordancia con los encontrados para los granos de quinua analizados en este trabajo. Sin embargo, el contenido de Fe (102.8 mg/kg) reportado fue ligeramente menor al de nuestras determinaciones.
Investigaciones con semillas maduras [1]
permitieron distinguir tres compartimientos en ellas: el embrión, la endosperma y la perisperma. La distribución de las principales reservas de almacenamiento es claramente diferente en esas áreas: el embrión y la endosperma almacenan proteínas, lípidos y minerales, y la perisperma almacena almidón.
Según los trabajos de Konishi et al. [12]
realizado mediante el estudio por la técnica de Microanálisis por Energía Dispersiva de Rayos X encontraron que la mayor cantidad de K y el Ca se encuentran distribuidos en la superficie (endosperma) de los granos, por lo que al pasar los granos de quinua por los procesos de lavado y escarificación, parte de
estos minerales, podrían ser removidos disminuyendo así la concentración. Esto puede ser observado al comparar los valores de K y Ca de las demás muestras con la muestra QG, los cuales al no ser un producto de marca no han pasado un proceso de escarificación, como las demás muestras.
Además, observamos que los contenidos de K y Ca más altos son los correspondientes a la muestra QG, que contiene quinua sin marca y no es un producto envasado. Un factor importante a considerar es que las semillas de quinua utilizadas en este trabajo fueron obtenidas de productos comerciales envasados y por lo tanto han pasado por procesos de lavado y escarificación, en este proceso los granos son pulidos para perder la saponina que se encuentra en su superficie y que provoca un sabor amargo [13].
Respecto a los minerales Rb y Sr no han sido reportados anteriormente como componentes en los granos de quinua; sin embargo, fueron encontrados a niveles muy bajos. Por tal motivo, se realizó una adquisición del espectro del fondo para descartar la presencia de estos metales como ruido o contaminantes.
En la Figura 2 se aprecia los espectros de fondo y de la muestra denominada como SR, en ella se observa que no hay Rb y Sr en el fondo, asegurando así su presencia como contenido en la quinua.
Figura 2. Espectro de la muestra de quinua SR y espectro de fondo.
IPEN Informe Científico Tecnológico. Volumen 14 (2014). p. 1-5. ISSN 1684-1662
4. Conclusiones
Los granos de Chenopodium quinoa de las diferentes marcas comercializadas en el mercado local presentan una amplia variedad de minerales, entre los que se pudo identificar al K, Ca, Mn, Fe, Cu, Zn, Rb y Sr.
El K y el Ca son los elementos que se encuentran en mayor cantidad en estos productos y se encontraron dentro de los rangos reportados por las referencias; no obstante, se considera la diferencia en las concentraciones entre las diferentes marcas del producto, hecho que nos incentiva a seguir estudiando a este importante y valioso producto alimenticio. También se ha encontrado que para los Materiales de Referencia del OIEA, los valores de las concentraciones elementales medidos en el laboratorio mediante la Técnica de Fluorescencia por Rayos X, son consistentes con los valores certificados, lo que garantiza la calidad de los resultados obtenidos.
Los elementos Rb y Sr no han sido reportados en la bibliografía como componentes en los granos de quinua; sin embargo, fueron encontrados a niveles muy bajos, corroborándose su presencia mediante la adquisición de un espectro de fondo para descartar la presencia de estos metales como ruido ambiental.
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Irradiación ex vivo de sangre humana para determinar daño genómico utilizando técnicas moleculares
Angel Montes*, Juan Agapito
Laboratorio de Biología Molecular. Instituto Peruano de Energía Nuclear, Av. Canadá 1470, Lima 41, Perú
Resumen
La dosimetría biológica es la estimación de la dosis absorbida en individuos expuestos a radiación ionizante a partir de muestras de sangre basándose en la cantidad de daño inducido por la radiación en el ADN celular. En este estudio se evaluó un ensayo experimental ex vivo a partir de muestras de sangre humana irradiada, con la finalidad de determinar el daño en el ADN. Para ello se irradió a bajas dosis (<100 mGy) tomando en consideración los siguientes parámetros: volumen de sangre (3mL), temperatura (37 °C) tiempo de incubación (0.5, 2, 4, 8 y 24 h) y siendo las dosis: 0, 12.5, 25 y 50 mGy empleando radiación gamma del Cesio- 137 de 662 keV a una tasa de dosis de 38.46 mGy/h. Para determinar el daño cualitativo en el ADN genómico se utilizó electroforesis en gel de agarosa y la reacción en cadena de la polimerasa (PCR) para el gen p53 en una secuencia de 133 pb del exón 7, relacionada a la proteína que actúa en el proceso de reparación celular. Los resultados obtenidos en el análisis cualitativo no evidenciaron degradación del ADN genómico; además, se observó un incremento en la concentración de ADN a la cuarta hora de incubación encontrándose los valores máximos para todas las dosis en las dos muestras analizadas. Se concluye que los efectos de la radiación ionizante a las dosis utilizadas no generan un daño detectable mediante técnicas moleculares como las utilizadas en el presente estudio.
Ex vivo irradiation of human blood to determine DNA damage using molecular techniques
Abstract
Biological dosimetry is the assessment of absorbed dose in individuals exposed to ionizing radiation from blood samples based on the radiation induced damage in cellular DNA. The aim of this study was to determine the damage in the DNA through the assessment of an experimental ex vivo assay using irradiated samples of human blood cells. For this purpose, blood samples were irradiated at low doses (<100 mGy) considering the following parameters: blood volume (3mL), temperature (37 °C) and incubation time (0.5, 2, 4, 8 and 24 h). Dose values were: 0, 12.5, 25 and 50 mGy using Cesium -137 gamma rays at 662 keV and a dose rate of 38.46 mGy/h. The qualitative damage in the genomic DNA was determined using agarose gel electrophoresis and polymerase chain reaction (PCR) for the p53 gene in a sequence of 133 pb of exon 7, related to the protein that acts in the cell repair process. The results of the qualitative analysis showed no degradation of genomic DNA; also an increase in the DNA concentration was observed up to the fourth hour of incubation, finding maximum values for all doses in the two samples. As a conclusion, the effects of ionizing radiation at doses used in this experiment do not generate a detectable damage, by means of molecular techniques such as those used in the present study.
Keywords: ionizing radiation, electrophoresis, PCR
1. Introducción
Los daños causados por la radiación ionizante (RI) como las roturas de doble cadena de ADN activan grandes cantidades de proteínas e inducen genes asociados con el ciclo celular y control del crecimiento [1,2]. Entre las proteínas implicadas durante las primeras etapas de la respuesta celular en la detección de daños en el ADN y el control de la progresión a través del ciclo celular están:
se han propuesto como un grupo superior de candidatos biodosimétricos [3,2].*
M
antener la estabilidad del genoma es de gran importancia para todos los organismos porque el daño del ADN puede tener implicaciones biológicas graves, como trastornos genéticos y cáncer [4,5]. En los últimos años el uso de las pruebas de imagen para diagnóstico médico, así como laMontes A, Agapito J. Informe Científico Tecnológico. Volumen 14 (2014). p. 7-11
exposición terapéutica ha aumentado de manera significativa, convirtiéndose en una preocupación los efectos biológicos de la exposición a la radiación de dosis bajas en pacientes, médicos y personal técnico [6]
.
Por eso, es necesario contar con bioensayos rápidos y fiables para evaluar el riesgo de las personas expuestas a radiaciones ionizantes [2,3]; sin embargo, la determinación cuantitativa del daño radiológico después de la exposición a dosis bajas (<100 mGy) sigue siendo un reto [6].En ese sentido encontrar un marcador idóneo en estas situaciones es sumamente importante para monitorear poblaciones expuestas a radiación ionizante, pero hay poca información sobre el uso de marcadores moleculares específicos para tal fin [7,8].
Con la finalidad de determinar el daño en el ADN (roturas de doble cadena), en muestras de sangre humana irradiada a dosis bajas de radiación ionizante (<100 mGy) se plantea una metodología de irradiación de sangre y análisis de ADN a diferentes intervalos de tiempo, manteniendo condiciones de temperatura (37 °C) y volumen de muestra, así como la evaluación de la variación de un biomarcador molecular p53, que es una proteína involucrada en eventos como la autofagia, reparación del daño del ADN, supervivencia celular y senescencia celular [9].
2. Experimental
El ensayo consistió en exponer sangre humana a dosis bajas de RI. Se extrajo sangre venosa por venopunción de la parte superior del antebrazo de dos personas saludables del sexo masculino, entre 30-40 años de edad, teniendo en cuenta las siguientes considera- ciones: que no sean fumadores y sin antecedentes de radioterapia, además se informó anticipadamente a cada donante sobre el objetivo del ensayo el cuál fue registrado mediante un formato de consentimiento informado. Para la toma de muestras se utilizó el sistema al vacío en tubos Vacutainer con EDTA (K2), los mismos que fueron utilizados para la irradiación.
2.1 Irradiación de muestras
Con la finalidad de simular la irradiación de seres humanos a dosis bajas y la probable
aparición de efectos estocásticos se aplicó radiación a muestras de sangre con las siguientes dosis: 12.5 mGy, 25 mGy y 50 mGy [6]. La irradiación se llevó a cabo en el Laboratorio Secundario de Calibraciones Dosimétricas del Instituto Peruano de Energía Nuclear, utilizando una fuente de radiación gamma Cesio-137 de 662 keV a una tasa de 38.46 mGy/h. Por cada dosis se irradiaron 3 mL de sangre y se tuvo en cuenta una muestra control que no fue expuesto a radiaciones ionizantes. Las muestras permanecieron en hielo hasta su posterior traslado al laboratorio de irradiación. Una vez irradiadas las muestras fueron incubadas inmediatamente a 37 °C en una estufa hasta su posterior evaluación.
2.2 Extracción de ADN
La extracción de ADN genómico de todas las muestras de sangre se llevó a cabo a partir de un volumen de 200 µl utilizando el kit QIAamp DNA Blood (QIAGEN®), siguiendo las instrucciones del fabricante;
posteriormente, el ADN fue almacenado a 20 °C. La extracción del ADN se llevó a cabo a intervalos de tiempo con el objetivo de evaluar el daño en el ADN y su correspondiente proceso de reparación. Los tiempos y las dosis evaluadas se observan en la Tabla 1.
Tabla 1. Extracción de ADN de sangre irradiada a intervalos de tiempo.
Dosis
(mGy) Extracción de ADN a intervalos de tiempo (horas) 0
0.5 2 4 8 24
12.5 25 50
2.3 Cuantificación de ADN
El ADN fue cuantificado por espectro- fotometría utilizando el equipo de medición Nanodrop100 a una absorbancia de 230/260.
2.4 Electroforesis de ADN genómico
La calidad del ADN fue evaluado mediante geles de electroforesis en Agarosa 1 % con un marcador de peso molecular 100 pb GeneRuler 100 pb (Fermentas®) en buffer TBE1X a 60 Voltios, 400 mA por 1h en una cámara de electroforesis BIORAD®; posteriormente, fueron teñidos con bromurode Etidio (0,01 mg/mL) y visualizados en un foto documentador BIORAD®.
2.5 Amplificación mediante PCR del gen p53
Para evaluar el daño generado en el ADN por efecto de las radiaciones, se utilizó el biomarcador p53 para amplificar mediante la reacción en cadena de la polimerasa (PCR) una secuencia de 133 pb ubicada en el exón 7 [10].
Se utilizaron oligonucleótidos según la referencia [10,11] en un volumen final de reacción de 30µl con Buffer PCR 1X (Applied Biosystems), 1.5mM MgCl (Applied Biosystems), 2.5mM dNTP (Promega), 0.6 mM de cada oligonucleótido p53 (13992-
14013) Forward 5’-
TCTCCTAGGTTGGCTCTGACTG-3’ y p53 (14105-14125) Reverse 5’- GCAAGTGGCTCCTGACCTGGA-3’; 0.3U de Go Taq® DNA Polimerase (Promega). El protocolo de amplificación consistió en:
desnaturalización inicial de 94 ºC por 4 minutos, seguido de 35 ciclos de Denaturación a 94 ºC por 60 segundos, Hibridación de los oligonucleótidos a 62 ºC por 60 segundos y 72 ºC por 60 segundos y una extensión final de 72 ºC por 7 minutos, además se utilizó como control negativo agua libre de nucleasas Biology Molecular Water Sigma® manteniéndose constante los demás componentes de la reacción.
2.6 Electroforesis de los fragmentos amplificados
Los productos amplificados por PCR fueron visualizados en geles de agarosa a una concentración del 2 % con un marcador de peso molecular 100 pb GeneRuler 100 pb (Fermentas®) en buffer TBE1X a 60 Voltios, 400 mA por 1 hora en una cámara de electroforesis BIORAD; posteriormente, fueron teñidos en bromuro de Etidio (0,01 mg/mL) y visualizados en un foto documentador BIORAD.
3. Resultados y Discusión
Los resultados obtenidos en la evaluación de sangre, cuantificados por espectrofotometría, mostraron un incremento en la concentración de ADN a las cuatro horas de incubación (Figura 1 y 2). Así mismo, se encontró
valores máximos para todas las dosis de irradiación en ambas muestras analizadas (Tabla 2).
Figura 1. Cuantificación del ADN de sangre irradiada, muestra 1.
Figura 2. Cuantificación del ADN de sangre irradiada, muestra 2.
Tabla 2. Extracción de ADN de sangre irradiada a las 4 horas de incubación.
Dosis Concentración de ADN (ng/ul) Muestra 1 Muestra 2
0 mGy 33.8 33.6
12.5 mGy 32 29.5
25 mGy 30 35.4
50 mGy 29 33.2
Los resultados obtenidos pueden tener una relación con los procesos de reparación celular en función del tiempo de incubación a 37 °C, es decir que la cinética del ciclo celular incrementó la concentración del ADN ocasionando que la proliferación celular aumente a las 4 horas de incubación [12].
Además, se pudo observar que la calidad del ADN mediante electroforesis en geles de agarosa mostró un patrón de corrida constante en todas las dosis y tiempos de evaluación (Figura 3). Sin embargo, el daño ocasionado a dosis bajas de irradiación no puedo ser evidenciado de forma cualitativa mediante electroforesis debido a la generación endógena de Especies Reactivas de oxígeno que probablemente ocasionen daños pero de forma posterior en función al
Montes A, Agapito J. Informe Científico Tecnológico. Volumen 14 (2014). p. 7-11
tiempo y susceptibilidad genética de cada individuo [13,14].
Figura 3. Electroforesis de ADN en gel de agarosa al 1 %, a partir de las muestras irradiadas.
Para comprobar la integridad del ADN y verificar si las dosis de radiación utilizadas en el ensayo ocasionaron mutaciones que impidan la amplificación del gen p53 se utilizó una PCR para una secuencia de 133 pb [9] que codifica para el exón 7.
Considerando que el gen p53 está relacionado con la reparación celular y que mutaciones del exón 5 al 9 en este gen favorecen la aparición de cáncer en un 98 % de los casos [10], se seleccionó una región codificante del
exón 7 [9].
Como resultado se pudo observar la amplificación por PCR para la secuencia del gen p53, lo que demuestra que no hubo daño significativo o que no fue evidente debido a las dosis bajas evaluadas en el estudio, como señalan otros autores [13] (Figura 4).
Frente a estos resultados es importante tener en cuenta que a determinadas dosis de radiaciones ionizantes es posible que se alteren regiones funcionalmente importantes en los procesos de transcripción, las cuales pueden ser regiones promotoras de genes implicados en procesos de reparación celular dado que cambios en la expresión de estos genes pueden afectar a la capacidad de las células para reparar el daño del ADN [15, 16].
Figura 4. Electroforesis en gel de agarosa al 1%. Amplificación de la secuencia de 133 pb del gen p53 a partir de ADN de sangre irradiada. Carril del 1 al 8 productos de amplificación a las siguientes dosis de irradiación: 1= Control 1, 2=12.5 mGy, 3=25 mGy, 4=50 mGy, 5=Control 2, 6=12.5 mGy, 7=25 mGy y 8=50 mGy; B = blanco de PCR y M = marcador de Peso Molecular de 100 pb.
4. Conclusiones
Mediante técnicas moleculares como la electroforesis de ADN en geles de agarosa y PCR para la secuencia de 133 pb del exón 7 del gen p53, no se detectó daño radiológico en las muestras irradiadas.
La técnica de PCR permitió amplificar la secuencia de 133 pb del gen p53 de humanos
con una elevada sensibilidad y especificidad.
5. Agradecimientos
Al Laboratorio Secundario de Calibraciones Dosimétricas del Instituto Peruano de Energía Nuclear. Así mismo, a la Bach. Mirella Pérez por la búsqueda bibliográfica para el diseño de los primers del gen p53.
6. Bibliografía
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IPEN Informe Científico Tecnológico. Volumen 14 (2014). p. 13-17. ISSN 1684-1662
Coulomb and even-odd effects in cold and super-asymmetric fragmentation for thermal neutron induced fission of
235U
Modesto Montoya1,2,*
1 Universidad Nacional de Ingeniería, Av. Túpac Amaru 210, Rímac, Lima, Perú
2 Instituto Peruano de Energía Nuclear, Av. Canadá 1470, Lima 41, Perú
Abstract
The Coulomb effects hypothesis is used to interpret even-odd effects of maximum total kinetic energy as a function of mass and charge of fragments from thermal neutron induced fission of 235U. Assuming spherical fragments at scission, the Coulomb interaction energy between fragments (𝐶sph) is higher than the 𝑄-value, the available energy. Therefore at scission the fragments must be deformed, so that the Coulomb interaction energy does not exceed the 𝑄-value. The fact that the even-odd effects in the maximum total kinetic energy as a function of the charge and mass, respectively, are lower than the even-odd effects of 𝑄 is consistent with the assumption that odd mass fragments are softer than the even-even fragments. Even-odd effects of charge distribution in super asymmetric fragmentation also are interpreted with the Coulomb effect hypothesis. Because the difference between 𝐶sph and 𝑄 increases with asymmetry, fragmentations require higher total deformation energy to occur. Higher deformation energy of the fragments implies lower free energy to break pairs of nucleons. This explains why in the asymmetric fragmentation region, the even-odd effects of the distribution of proton number and neutron number increases with asymmetry.
Keywords: cold fission, asymmetric fragmentation, symmetric fission, kinetic energy, uranium 235
1. Introduction
The even-odd effects in the distribution of kinetic energy, charge and mass are among the properties that have generated controversy in the study of fragments from thermal neutron induced fission of actinides.
To describe these effects is useful to recall some definitions related to them. Let be a fissile nucleus with charge 𝑍f and mass 𝐴f that splits in a light fragment with 𝑍L protons, 𝑁L neutrons (number of nucleons 𝐴L =𝑍L + 𝑁L) and a heavy fragment with 𝑍H protons, 𝑁H neutrons (number of nucleons 𝐴H =𝑍H + 𝑁H). These numbers obey the following relations:
𝑍f = 𝑍L+ 𝑍H
and
𝐴f = 𝐴L+ 𝐴H.
Based on these relations, to identify the two complementary fragments from a fission event it is enough to know the charge (𝑍) and the proton number (𝑁) or the mass number (𝐴) of the light fragment.
After scission, the light and heavy fragments acquire kinetic energies 𝐾L, 𝐾H and
excitation energies 𝑋L, 𝑋H, respectively.
Thus, the total kinetic energy (𝐾) and the total excitation energy (𝑋) are:
𝐾 = 𝐾L+ 𝐾H and
𝑋 = 𝑋L+ 𝑋H,
respectively. These quantities are limited by the energy balance equation:*
𝑄 = 𝐾 + 𝑋,
where 𝑄 is the available energy of the reaction.
At the scission point, the available energy is spent into deformation energy (𝐷), Coulomb interaction energy (𝐶) and free energy (𝐹):
𝑄 = 𝐶 + 𝐷 + 𝐹.
The free energy is partitioned into intrinsic energy (𝑋∗) and total pre-scission energy of
*Corresponding author: [email protected]
fragments (𝐾𝑠):
𝐹 = 𝑋∗+ 𝐾𝑠.
The preference for even proton numbers in the fission fragments has been well established [1], leading to the definition of the even-odd effect of charge distribution (𝛿𝑍):
𝛿𝑍 = 𝑌𝑒𝑍 − 𝑌𝑜𝑍 𝑌𝑒𝑍 + 𝑌𝑜𝑍
where 𝑌𝑒𝑍 y 𝑌𝑜𝑍 are the yield of fragments with even and odd proton numbers, respectively. Similarly are defined the even- odd effect in the distribution neutron number (𝛿𝑁) and nucleon numbers (𝛿𝐴), respectively.
For a given fragmentation corresponding to proton and mass numbers 𝑍 and 𝐴, respectively, the maximum total kinetic energy (𝐾max) is reached by a configuration that at scission acquires a maximum Coulomb interaction energy (𝐶max) and a minimum total deformation energy (𝐷min), limited by the equation
𝑄 = 𝐶max+ 𝐷min.
Because Coulomb repulsion between fragments, Coulomb interaction energy becomes total kinetic energy, so that:
𝐾max= 𝐶max = 𝑄 − 𝐷min.
Let be 𝐴 an odd nucleon number of the light fragment, the local even-odd effect in the maximum 𝑄-value (𝑄max𝐴 ) as a function of mass, is defined as
𝛿𝐴𝑄max= 𝑄max𝐴−1+ 𝑄max𝐴+1
2 − 𝑄max𝐴 . In average 𝛿𝐴𝑄max is positive. Similarly there are local even-odd effects in 𝑄max as a function of proton number (𝛿𝑍𝑄max) and neutron number (𝛿𝑁𝑄max), respectively.
Because the even-odd effect of charge and mass distribution, respectively, increases with the fragment kinetic energy [1], a positive local even-odd effect in the maximum total kinetic energy as a function of mass,
𝛿𝐴𝐾max = 𝐾max𝐴−1+ 𝐾max𝐴+1
2 − 𝐾max𝐴 , is expected. Similarly is expected positive values of 𝛿𝑍𝐾max and 𝛿𝑁𝐾max, which correspond to even-odd effects in the maximum total kinetic energy as a function of proton and neutron numbers, respectively.
Surprisingly, when C. Signarbieux et al.
found the evidence of the existence of cold fission, in which the excitation energy is not enough for the fragments to emit neutrons, they do not find a significant even-odd effect in the distribution of the nucleon numbers (δA⩰0). This set a controversy in those authors that, based on the even-odd effects in proton and neutron number distribution, respectively, supported the hypothesis that the fission process is superfluid [2].
However, in 1981, M. Montoya deduced [3, 4] that:
𝛿𝐴 = 𝛿𝑍 + 𝛿𝑁 − 1,
which was confirmed by H. Nifenecker [5].
That relation shows that there is no contradiction between a null even-odd effect in 𝐴 distribution and no-null even-odd effects in 𝑍 and 𝑁 distributions, respectively.
In 1991, based on data communicated by C.
Signarbieux et al., F. Gönnenwein and B.
Börsig show that the minimum excitation energy,
𝑋min= 𝑄𝐾max− 𝐾max,
where (𝑄𝐾max) is the 𝑄-value corresponding to the charge that maximizes the total kinetic energy, is lower for the odd than for the even proton numbers [6]. This result encourages research on even-odd effects, which leads to review the existent results and interpretations about even-odd effects in the distribution of mass, charge and maximum total kinetic energy of fragments.
2. Even-odd effects in the maximum total kinetic energy
Taking into account the 3 × 106 events from thermal neutron induced fission of 235U, obtained in 1981 by Signarbieux et al. [2], in 1984 M. Montoya presents the curve of threshold values for the 10 events with the
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highest total kinetic energy values [7]. These threshold values are assumed to correspond to the maximum total kinetic energy for each isobaric fragmentation. See Fig. 1. If one draws an straight line segments between the points corresponding to even nucleon numbers (AL), the points corresponding to odd nucleon numbers are generally below that line, which is an indication that the average of 𝛿𝐴𝐾max is positive. Actually, the average value of 𝛿𝐴𝐾max is 0.5 MeV.
Figure 1. Thermal neutron induced fission of 235U. Threshold values for which there are only 10 events with higher values of total kinetic energy of fragments. The total number of events is 3 × 106. Data taken from Ref. [7]. The average of even-odd effect on Kmax as a function of the fragments mass is 0.5 MeV.
In Fig. 2 one presents the maximum total kinetic energy as a function of charge and mass of fragments, obtained in 1986 by G.
Simon et al. [8]. The cases where the charge that maximizes the total kinetic energy is odd are indicated. The average even-odd effect in the maximum total kinetic energy as a function of mass (𝛿𝐴𝐾max) is 1 MeV. If we take groups of 3 masses corresponding to three different neighboring charges, the average of 𝛿𝑍𝐾max is = 0.66 MeV. Note that in these results for the masses 87 and 88, the charge that maximizes the total kinetic energy in both cases is 35.
Figure 2. Thermal neutron induced fission of 235U. Curve of the maximum total kinetic energy (Kmax) as a function of the light fragment mass number is presented. Taken from Ref. [8].
The measured charges that maximize Kmax for each mass fragmentation are indicated.
In Fig. 3 the curve associated to the maximum total kinetic energy as a function of fragment mass communicated by C.
Signarbieux is presented by F. Gönnenwein and B. Börsig [6]. In Fig. 4 one can see the charges maximizing the total kinetic energy and the charges that maximize the available energy, respectively. The 𝑄-values are calculated using the mass table from Ref. [9].
The average of even-odd effect in the maximum total kinetic energy as a function of the mass (𝛿𝐴𝐾max) is 0.5 MeV. If one takes 3 neighboring masses, corresponding to three different charges, in average it results 𝛿𝑍𝐾max= 0.8 MeV. Note that the average of odd-even effect on the maximum available energy as a function of mass is 1.6 MeV.
Figure 3. Thermal neutron induced fission of 235U. Curve of the maximum total kinetic energy (Kmax ) as a function of the light fragment mass number is presented. Taken from Ref. [5].
The measured charges that maximize Kmax for each mass fragmentation are indicated.
Results corresponding to Fig. 2 and Fig. 3 are consistent with the hypothesis with of a positive odd-even effect in 𝐾max.
To interpret this result one must remember that 𝑄𝐾max = 𝐶max+ 𝐷min, regarding which it follows that:
𝛿𝐴𝐶max= 𝛿𝐴𝐾max= 𝛿𝐴𝑄𝐾max − 𝛿𝐴𝐷min, The experimental result,
𝛿𝐴𝐾max < 𝛿𝐴𝑄𝐾max, implies that:
𝛿𝐴𝐷min> 0,
which suggests that the even-even fragments are harder than odd 𝐴 fragments, they need higher deformation energy to get the most compact configuration that obeys the relation 𝐶max= 𝑄𝐾max − 𝐷min.
Figure 4. Thermal neutron induced fission of 235U. For each light fragment mass the charge that maximizes the Q-value (triangles) and the charge maximizing the Kmax value (squares) taken from Ref. [6] is presented. The Q-values are calculated using the mass table from Ref. [9].
Figure 5. Thermal neutron induced fission of 235U. In the region of super-asymmetrical fission, the even-odd local effect on yields increases with the asymmetry of charge fragmentation. Taken from Ref. [13].
In 2013, F. Gönnenwein and B. Börsig show that, for mass fragmentations 104/132, the kinetic energy associated to the charge fragmentation 41/51 reach the 𝑄-value of the reaction, while the corresponding to the fragmentation 42/50 reaches a total maximum kinetic energy below 3 MeV the corresponding 𝑄-value [10]. These authors suggest that this is due to the fact the charge split 41/51 corresponds to odd fragment charges. However, we should note that charge fragmentation 41/51 is more asymmetric than the 42/50 fragmentation.
Therefore that result is also consistent with the Coulomb effect: for neighboring masses with similar values of energy available, the more asymmetric fragmentation reaches the higher values of total kinetic energy [11, 12].
In general, the results presented by F.
Gönnenwein and B. Börsig show that the
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charges that maximize the total kinetic energy are the same as the charges that maximize the available energy. Exceptions occur for the masses 88, 97, 98 and 99, whose charges that maximize the available energy are 36, 39, 40 and 40, whereas the corresponding charges that maximize the total kinetic energy are 35 (<36), 38 (<39), 38 (<40) and 39 (<40), respectively. These results are also consistent with the hypothesis of the Coulomb effect [11, 12].
3. Coulomb and even-odd effects in super-asymmetric fragmentations
In 1989, J. L. Sida et al. note that in the region of super-asymmetric charge fragmentations, even-odd effect in charge and neutron number yields increase with charge asymmetry [13]. See Fig. 5. This result is consistent with the hypothesis of Coulomb effect. Indeed, if one assumes a scission configuration with spherical fragments whose surfaces, the Coulomb interaction energy is higher than the corresponding 𝑄-value.Therefore at scission point the fragments must be deformed so that the energy of Coulomb interaction is lower than the available energy [11, 12]. For masses lower than 104 the Coulomb interaction energy curve separates from the value 𝑄 to the extent that the fragmentation is asymmetric. This implies that the higher the asymmetry, the higher must be the deformation energy of the fission fragments will be to make the fission possible. Therefore, the process has lower free energy,
𝐹 = 𝑄 − 𝐶 − 𝐷.
A lower free energy implies a lower probability to break pairs of nucleons, therefore a higher even-odd effect in yields of charge. This is precisely what experimentally is observed.
4. Conclusion
In cold fragmentation, the available energy is spent into Coulomb interaction energy and deformation energy, respectively. The fact that the even-odd effect in the maximum kinetic energy as a function of the mass or charge is lower than the even-odd effects in the available energy value suggests that, for the same deformation, even-even fragments need more energy than odd mass fragments.
Experimental results about cold fission suggest that, at scission, the total deformation energy of fragments competes with total intrinsic excitation energy: fragmentations which need high total deformation energy to occur will have low total intrinsic energy.
For the super-asymmetrical fragmentation the Coulomb interaction energy is much higher than the available energy. Those super- asymmetrical charge fragmentations need a super deformation to fulfill the energy balance condition; then a lower intrinsic excitation energy, which implies a lower probability for breaking of pairs of nucleons and, consequently, a higher even-odd effect of charge distribution is expected.
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